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近距离认识“植物疫苗”

文章来源:经济日报    发布时间:2017-11-24  【字号:      】

植物与病原菌相互作用中产生的寡糖素信号。

  在成长过程中,植物同动物一样,会受到极端环境的刺激和昆虫、病原菌等侵袭。虽然植物不能移动躲避,但在漫长的进化中,它们已逐步形成完备的免疫防御系统。

  那么,植物的免疫防御系统是怎样工作的呢?以植物抵御病原菌入侵为例,作为对抗双方的植物细胞和病原菌就像两座城池,都建有坚固的城墙——细胞壁。在对抗第一阶段,病原菌企图瓦解植物细胞壁入侵,此时,植物会分泌出一系列多糖水解酶来破坏病原菌的细胞壁,以消灭病原菌。这一过程会产生很多寡糖类物质,植物由此启动第一层免疫反应,分泌植保素、PR蛋白等杀伤力较强的物质对抗病原菌,并产生木质素等物质加厚细胞壁。

  在第二阶段,病原菌受到植物抵御后会改变战略,分泌病毒效应蛋白干扰植物的第一层免疫反应。当然,植物不会坐以待毙,它会激活第二层免疫反应,加速和放大免疫,增强战斗力,抵御病原菌入侵。这时,病原菌会继续改变战略,释放另一种效应蛋白继续入侵,而植物也会进一步加强自身防线,这一过程会循环往复,直至一方获胜为止。

  这为科学家们带来启发:外源添加植病对战过程的一些寡糖、蛋白等物质,是不是可以激活植物的免疫防御系统,达到增强植物抗病性的目的呢?经过长期研究,这个推测得到了肯定回答。科学家们发现了一系列物理、化学或生物的因子都能够激活植物的免疫防御系统,从而诱导植物对寒冷、干旱等极端天气进行防御,对病原菌的侵袭产生抗性。这些因子被定义为诱导子,也被形象地称为“植物疫苗”。

  研究发现,“植物疫苗”的物质来源十分广泛,除了一些灭活的病原菌、效应蛋白外,还包括自然界中一些天然产物,例如在植物与病原菌互作过程中产生的寡糖。通过利用自然界中富含多糖的海藻、果胶、微生物等资源,可以大规模制备得到系列寡糖类物质,再经过模拟自然界中植物与病原菌互作的情况,外源喷洒寡糖就可激活植物自身免疫系统,增强抗病性。因此,“植物疫苗”同人类疫苗一样,都以预防为主,通过激活植物免疫系统来抵御病原菌入侵,减少化学农药的使用,是一种新型生物农药。

  那么,“植物疫苗”与传统化学农药相比有哪些不同呢?传统化学农药直接作用于病原菌,虽然效果明显,但可能导致病原菌产生耐药性,进而需要不断加大剂量控制病害,造成环境污染和农药残留。“植物疫苗”相当于通过为植物注射疫苗提高其免疫抗病能力,因此具有诸多优势:使用浓度低、对人体无害、没有农药残留、不污染环境;诱导抗病效果显著,持效期长、作用广谱;病原菌不会产生抗药性,对不具有致病性的微生物无影响,有利于生态平衡和环境保护;此外,还可以与常规杀菌剂配套使用,减少农药使用量。

  目前,科研工作者着力开发多种“植物疫苗”,包括寡糖、蛋白、小分子化合物等一系列产品已被研发并投入实际应用。近日,中科院大连化物所研究团队基于在糖工程与植物保护领域多年研究基础,创制了一系列高效多糖降解酶,建立了系列寡糖的制备技术,并率先提出“糖链植物疫苗”概念。他们还与企业合作,开发出系列寡糖农用制剂,产品已在山东、陕西、海南等地多种作物上大面积推广,取得了显著经济效益与社会效益。

  随着人们日益重视食品安全,不断呼唤绿色农业生产,相信在全社会共同努力下,这一新型生物农药会在我国农业生产中一显身手,为构建绿色低碳社会贡献力量。

  (作者:贾晓晨,作者单位:中科院大连化物所)




(责任编辑:侯茜)

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